DE2819204C2 - Circuit arrangement for a direct current and / or alternating current sensitive residual current protective circuit provided with an amplifier - Google Patents

Circuit arrangement for a direct current and / or alternating current sensitive residual current protective circuit provided with an amplifier

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    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/06Arrangements for supplying operative power

Description

dadurch gekennzeichnet, daß und andererseits über einen Widerstand (9) mit dem negativen Speisespannungsanschluß des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, der an der Minusleitung des Systems liegt.characterized in that and on the other hand via a resistor (9) with the negative supply voltage terminal of the operational amplifier (15) is connected to the Negative line of the system.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt der Widerstände (11, 14) über den Widerstand (10) an den Pluspol der Gleichrichterbrückenschaltung (4) und gleichzeitig an das Auslöseglied (16) geschaltet ist, und daß der Verbindungspunkt der Widerstände (12, 14) über den Widerstand (13) mit dem negativen Speisespannungsanschluß des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, der gleichzeitig an der Minusleitung des Systems liegt.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the connection point the resistors (11, 14) via the resistor (10) to the positive pole of the rectifier bridge circuit (4) and at the same time to the trigger element (16) is connected, and that the connection point of the Resistors (12, 14) via the resistor (13) to the negative supply voltage connection of the operational amplifier (15), which is also connected to the negative line of the system.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus wenigstens zwei antiparallel geschalteten und jeweils in den zu überwachenden Leiter eingeschleiften Dioden bestehendes nichtlineares Widerstandsglied (3) zur Erzeugung der Speisespannung für den Operationsverstärker vorgesehen ist, das zu den Eingangsanschlüssen sowohl der Gleichrichterbrükkenschaltung (4) als auch des magnetisch steuerbaren Bauelements (2) parallel geschaltet ist.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that one off at least two anti-parallel connected and each looped into the conductor to be monitored Diodes existing non-linear resistance element (3) for generating the supply voltage for the Operational amplifier is provided that connects to the input terminals of both the rectifier bridge circuit (4) and the magnetically controllable component (2) is connected in parallel.

3030th

4. der erste Spannungsteiler aus einem Integrationsglied (6, 7) und aus einem dem Integrationsglied nachgeschalteten Dioden-Widerstandsglied (8, 9) besteht und derart ausgelegt ist, daß4. the first voltage divider from an integration element (6, 7) and from one of the integration element downstream diode resistor element (8, 9) and is designed such that

4.1 er eine gegenüber dem Steuersignal am Eingang des Operationsverstärkers (15) zeitlich verzögert auftretende Speisespannung unabhängig von der Geschwindigkeit des Anstiegs dieser Spannung bewirkt, und daß4.1 he one opposite the control signal at the input of the operational amplifier (15) Delayed supply voltage regardless of the speed the rise of this voltage causes, and that

5. der zweite Spannungsteiler aus mehreren Widerständen (10 bis 14) gebildet ist, von denen5. the second voltage divider is formed from several resistors (10 to 14), one of which

5.1 ein Teil der Widerstände (U, 12, 14) zu einer Brückenschaltung geschaltet ist, deren eine Brückenhälfte aus dem einstellbaren Widerstand (14) besteht, wobei5.1 a part of the resistors (U, 12, 14) is connected to a bridge circuit, whose a bridge half consists of the adjustable resistor (14), wherein

5.2 der Mittelpunkt der zweiten Brückenhälfte (Punkt zwischen 11 und 12) mit den anderen Ausgangsanschluß des magnetisch steuerbaren Bauelements verbunden ist.5.2 the midpoint of the second half of the bridge (point between 11 and 12) with the other output terminal of the magnetically controllable component is connected.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spannungsteiler aus einem Widerstand (6) und einem Kondensator (7) besteht und parallel zu einem Ladekondensator (5) geschaltet ist, und daß der Verbindungspunkt des Widerstandes (6) mit dem Kondensator (7) an den Anodenanschluß einer Diode (8) geführt ist, deren negativer Pol einerseits mit dem positiven Speisespannungsanschluß des Operationsverstärkers (15) Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine gleich- und/oder wechselstromsensitive Fehierstrom-Schutzschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the first voltage divider from a resistor (6) and a capacitor (7) and parallel to a charging capacitor (5) is connected, and that the connection point of the resistor (6) with the capacitor (7) to the Anode connection of a diode (8) is performed, the negative pole of which on the one hand with the positive supply voltage connection of the operational amplifier (15) The invention relates to a circuit arrangement for a DC and / or AC sensitive fault current protection circuit according to the preamble of claim 1.

In zunehmendem Maße werden in Industrie und Haushalt elektronisch gesteuerte Elektrogeräte einge-Increasingly, electronically controlled electrical devices are used in industry and households.

Ji setzt. Dies führt dazu, daß ein bei diesen Geräten auftretender Fehlerstrom kein reiner Wechselstrom mehr ist, sondern ein mit Gleichstromanteilen versehener Wechselstrom. Die herkömmlichen Fehlerstrom-Schutzschalter, die als Meßglied zur Erfassung der Summe der in eine Anlage ein- und ausfließenden Strömt einen Summenstromwandler besitzen, können derartige Fehlerströme nicht mehr zuverlässig erfassen. Je nach der Größe des Gleichstromanteils am Fehlerstrom wird das Meßergebnis mehr oder weniger empfindlich gestört und der Ansprechwert des Fehlerstrom-Schutzschalters nach höheren Werten hin verschoben. Es war daher unumgänglich, Fehlerstrom-Schutzschalter mit Einrichtungen auszustatten, die es ermöglichen, nicht nur auf reinen Wechselstrom-Fehlerstrom anzusprechen, sondern auch auf Mischstrom-Fehlerstrom, d. h. mit beliebigen Gleichstromkomponenten überlagerten Wechselstrom-Fehlerstrom.Ji sets. This leads to the fact that in these devices The fault current that occurs is no longer a pure alternating current, but one with direct current components Alternating current. The conventional residual current circuit breaker, which is used as a measuring element to detect the Sum of the currents flowing into and out of a system have a summation current transformer no longer reliably detect such fault currents. Depending on the size of the direct current component on the Residual current, the measurement result is more or less sensitively disturbed and the response value of the residual current circuit breaker shifted towards higher values. It was therefore inevitable to have residual current circuit breakers to equip with facilities that make it possible not only to pure alternating current fault current to respond, but also to mixed-current fault current, i. H. with any DC components superimposed alternating current fault current.

Eine Fehlerstrom-Schutzschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die diesen Anforderungen entspricht und sogar bei reinem Gleichstrom-Fehlerstrom funktioniert, ist bereits bekannt (US-PS 36 21334). Die Zuverlässigkeit einer Fehlerstrom-Schutzschaltung ist ganz wesentlich davon abhängig, inwieweit die in der Häufigkeit weniger oder nur ganz selten auftretenden Grenzfehlerfälle beherrscht werden. Hierbei ist besonders der Fall zu erwähnen, bei dem bei ausgefallenem Netz ein Fehlerfall eintritt und mit der wiederkehrenden Netzspannung dann gleichzeitig ein Fehlerstrom zu fließen beginnt. Der Fehlerstrom-Schutzschalter muß innerhalb der vorgeschriebenen Zeitspanne abschalten, selbst, wenn der kritische Fehlerstrom bereits bei einem Bruchteil des Nennwertes der Netzspannung fließt. Der Fehlerstrom-Schutz-A residual current protective circuit according to the preamble of claim 1 that meets these requirements and even works with pure DC fault current is already known (US-PS 36 21334). The reliability of a residual current protective circuit depends to a large extent on the extent to which the marginal error cases, which occur less frequently or only very rarely, are controlled. The case in which an error occurs when the network fails, and with When the mains voltage returns, a fault current begins to flow at the same time. The residual current circuit breaker must shut down within the prescribed period, even if the critical one Residual current already flows at a fraction of the nominal value of the mains voltage. The residual current protection

schalter darf andererseits aber nicht abschalten, wenn bei wiederkehrender Netzspannung kein Fehlerstrom fließt. Eine solche Forderung ist für den Operationsverstärker dieser Schaltung nicht unproblematisch und kann ohne zusätzliche Maßnahmen nicht erfüllt werden.On the other hand, the switch must not switch off if there is no fault current when the mains voltage returns flows. Such a requirement is not without problems for the operational amplifier of this circuit and cannot be met without additional measures.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Fehlerstrom-Schutzschaltung der eingangs geschilderten Art mit geringem Aufwand sowtit zu ertüchtigen, daß für den Operationsverstärker sowohl bei Spannungssprüngen am Eingang als auch für langsam ι ο anschwellende Spannungswerte eindeutige Ansttuerungsverhiiiinisse geschaffen werden.The invention is therefore based on the object of providing the residual current protective circuit of the initially described Kind to be upgraded with little effort, that for the operational amplifier both for voltage jumps at the input and for slow ι ο increasing voltage values clear control ratios be created.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Merkmalskombinatioii gelöst.According to the invention, this object is achieved by what is stated in the characterizing part of the main claim Feature combinations solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Fehlerstrom-Schutzschaltung aufgrund definierter Anfangsbedingungen für den Arbeitspunkt des Operationsverstärkers auch den Gegebenheiten bei kritischen Sonderfällen angepaßt ist, um den Sicherheitsanforderungen voll und ganz zu entsprechen. Die mit Hilfe eines einstellbaren Widerstandes eingestellte Eingangs-Differenzspannung. die als negative Vorspannung den Schwellenwert für die positive Signalspannung darstellt, wächst unmittelbar mit der Anstiegsgeschwindigkeit der Speisespannung, während die Speisespannung für den Operationsverstärker über einen separaten dynamischen Spannungsteiler verzögert zur Wirkung kommt.The advantages achieved by the invention are that the residual current protection circuit due to Defined initial conditions for the operating point of the operational amplifier also with the circumstances critical special cases is adapted to fully meet the security requirements. the input differential voltage set with the aid of an adjustable resistor. which as negative bias represents the threshold value for the positive signal voltage, increases immediately with the slew rate the supply voltage, while the supply voltage for the operational amplifier via a separate dynamic voltage divider comes into effect with a delay.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Appropriate refinements of the circuit arrangement according to claim 1 are dependent on the subclaims remove.

Hierbei ist es von Vorteil, eine Einrichtung zur Spannungsversorgung in Form eines nichtlinearen Widerstandsgliedes zu verwenden, das nicht nur zur j> Erzeugung des Steuerstromes für das magnetisch steuerbare Bauelement dient, sondern gleichzeitig auch der Versorgung des Operationsverstärkers mit einer Speisespannung dient (Anspruch 4). Zwar wird die Höhe des Verbraucher-Netzstromes durch die maximal w zulässige Verlustleistung des nichtlinearen Widerstandes begrenzt, jedoch ist die Spannungsversorgung auch dann noch gewährleistet, wenn ein oder mehrere Phasenleiter im Netz unterbrochen sind und Schluß mit dem Nulleiter haben. Ein in diesem Fall möglicher Fehlerstrom würde über das nichtlineare Widerstandsglied fließen und somit eine Spannung für das Meßsystem erzeugen.It is advantageous to use a voltage supply device in the form of a non-linear resistance element, which not only serves to generate the control current for the magnetically controllable component, but also serves to supply the operational amplifier with a supply voltage (claim 4). Although the height of the consumer line current is limited by the maximum w permissible power loss of the non-linear resistor, but the voltage supply is still guaranteed if one or more phase conductors are interrupted in the network and have circuit to the neutral conductor. A possible fault current in this case would flow through the non-linear resistance element and thus generate a voltage for the measuring system.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher so beschrieben. Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung für eine gleich- und/oder wechselstromsensitive Fehlerstrom-Schutzschaltung. An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. The figure shows a circuit arrangement for a direct current and / or alternating current sensitive residual current protective circuit.

Nach der Figur, in der zur Vereinfachung nur ein Phasenleiter dargestellt ist, ist das Meßglied zur Erfassung der Summe der in eine Anlage ein- 'ind ausfließenden Ströme ein offener Magnetkreis 1, in dessen Luftspalt sich ein magnetisch steuerbares Bauelement 2 befindet. Der zu überwachende Leiter ist in Form einer Spule um einen Schenkel des Magnetkreises gewickelt. (Bei mehreren Leitern ist entsprechend zu verfahren.) Dies gilt ebenso für den Nulleiter bei Wechselstrom bzw. für den Minusleiter bei Gleichstrom. Der Spule des zu überwachenden Leiters ist ein Diodenglied 3 nachgeschaitet, das wenigstens aus zwei antiparallel geschalteten Dioden besteht. An diesem gegensinnig geschalteten Diodenpaar, das gegebenenfalls jeweils mit entsprechend gepolten Einzeldioden erweitert werden kann, fällt eine Spannung ab, die zur Erzeugung des Steuerstromes für das magnetisch steuerbare Bauelement herangezogen wird und gleichzeitig der Versorgung des Operationsverstärkers mit einer Speisespannung dient. In den Fällen, wo der Leiterstrom kein reiner Gleichstrom ist, ist eine Gleichrichtung erforderlich, für die eine Gleichrichterbrückenschaltung 4 vorgesehen ist. Der Gleichrichterbrückenschaltung 4 ist ein Ladekondensator 5 nachgeschaltet. According to the figure, in which only one phase conductor is shown for the sake of simplicity, the measuring element is for Acquisition of the sum of the currents flowing into a system in an open magnetic circuit 1, in the air gap of which is a magnetically controllable component 2. The conductor to be monitored is wound in the form of a coil around one leg of the magnetic circuit. (If there are several ladders, then accordingly procedure.) This also applies to the neutral conductor in the case of alternating current and the negative conductor in the case of direct current. The coil of the conductor to be monitored is followed by a diode element 3, which consists of at least two there is anti-parallel connected diodes. On this oppositely connected pair of diodes, which may be can be expanded with appropriately polarized individual diodes, a voltage drops that leads to Generation of the control current for the magnetically controllable component is used and at the same time is used to supply the operational amplifier with a supply voltage. In those cases where the Conductor current is not a pure direct current, a rectification is required for which a rectifier bridge circuit 4 is provided. The rectifier bridge circuit 4 is followed by a charging capacitor 5.

Das zur Arbeitspunkteinstellung des Operationsverstärkers 15 vorgesehene Netzwerk besteht im Prinzip aus zwei separaten Spannungsteilern 6 bis 9 und 10 bis i4. Der erste Spannungsteiler enthält ein fniegrationsglied mit einem Widerstand 6 und einem Kondensator 7 sowie ein Dioden-Widerstandsglied 8 und 9. Hierbei liegt die Reihenschaltung aus dem Widerstand 6 und dem Kondensator 7 parallel zum Ladekondensator 5, während die Diode 8 in Durchlaßrichtung mit der Anode am verbindungspunkl des Widerstandes 6 und des Kondensators 7 angeschaltet ist. Die Katode der Diode 8 ist einerseits mit dem positiven Speisespannungsanschluß und andererseits über den Widerstand 9 mit dem negativen Speisespannungsanschluß des Operationsverstärkers 15 verbunden. Der erste Spannungsteiler 6 bis 9 bewirkt im Einschaltaugenblick eine gegenüber dem Steuersignal am Eingang des Operationsverstärkers zeitlich verzögert auftretende Speisespannung am Operationsverstärker, und zwar sowohl für schlagartiges als auch für allmähliches Ansteigen der Speisegleichspannung.The network provided for setting the operating point of the operational amplifier 15 consists in principle of two separate voltage dividers 6 to 9 and 10 to i4. The first voltage divider contains a fniegration member with a resistor 6 and a capacitor 7 and a diode resistor member 8 and 9. Here, the series circuit of the resistor 6 and the capacitor 7 is parallel to the charging capacitor 5, while the diode 8 in the forward direction with the anode on v erbindungspunkl of the resistor 6 and the capacitor is turned on. 7 The cathode of the diode 8 is connected on the one hand to the positive supply voltage connection and on the other hand via the resistor 9 to the negative supply voltage connection of the operational amplifier 15. The first voltage divider 6 to 9 causes, at the moment of switch-on, a supply voltage at the operational amplifier that occurs with a time delay compared to the control signal at the input of the operational amplifier, both for sudden and gradual increases in the DC supply voltage.

Der zweite Spannungsteiler wird nur aus Ohm'schen Widerständen 10 bis 14 gebildet. Hierbei sind die zwei Widerstände 11 und 12 mit einem einstellbaren Widerstand 14 zu einer Brückenschaltung gefügt. Der Diagonalzweig dieser Brückenschaltung enthält die Reihenschaltung aus dem Spannungspfad des magnetisch steuerbaren Bauelements 2 und dem Eingang des Operationsverstärkers 15. Dieser zweite Spannungsteiler bedingt eine Überlagerung der Steuerspannung, die im magnetisch steuerbaren Bauelement 2 entsteht, mit dem Schwellenwert, der durch den einstellbaren Widerstand 14 bestimmt wird. Somit erfüllt der Operationsverstärker 15 die Funktion eines Komparators, der nach Überschreiten der Ansprechschwelle durch die Signalspannung sein Ausgangspotential umschaltet. Die Widerstände 10 und 13 an den Verbindungspunkten der Widerstände 11 und 14 bzw. 12 und 14 sind Vorwiderstände. An den Ausgang des Operationsverstärkers ist das Auslöseglied 16 geschaltet. The second voltage divider is formed only from ohmic resistors 10 to 14. Here are the two Resistors 11 and 12 joined with an adjustable resistor 14 to form a bridge circuit. Of the The diagonal branch of this bridge circuit contains the series circuit from the voltage path of the magnetic controllable component 2 and the input of the operational amplifier 15. This second voltage divider causes a superposition of the control voltage, which arises in the magnetically controllable component 2, with the threshold value determined by the adjustable resistor 14. Thus the Operational amplifier 15 has the function of a comparator, which after exceeding the response threshold switches its output potential through the signal voltage. The resistors 10 and 13 to the Connection points of the resistors 11 and 14 or 12 and 14 are series resistors. At the exit of the The trigger element 16 is connected to the operational amplifier.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltungsanordnung für eine gleich- und/oder wechselstromsensitive Fehlerstrom-Schutzschaltung mit1. Circuit arrangement for a direct current and / or alternating current sensitive residual current protective circuit with 1. einem Magnetkreis,1. a magnetic circuit, 2. einem magnetisch steuerbaren Bauelement als Meßglied zur Erfassung der Summe der ein- und ausfließenden Ströme in einer dem Meßglied nachgeschalteten Anlage,2. a magnetically controllable component as a measuring element to record the sum of the and outflowing currents in a system downstream of the measuring element, 3. einem die Ausgangsspannung des magnetisch steuerbaren Bauelements zur Steuerung eines Auslösegliedes verstärkenden Operationsverstärker, der3. the output voltage of the magnetically controllable component to control a Trip link amplifying operational amplifier, the 3.1 als Komparator geschaltet ist und seine Signalspannung die durch eine Referenzspannung vorgegebene Ansprechschwelle erst ab einem bestimmten Grenzwert des zu erfassenden Differenzstromes überschreitet, 3.1 is connected as a comparator and its signal voltage is determined by a reference voltage exceeds the specified response threshold only from a certain limit value of the differential current to be detected, 3.2 dessen Speisespannung fremdspannungsunabhängig ist und über eine Gleichrichterschaltung und einen ersten Spannungsteiler an seine Speisespannungsanschlüsse geführt ist,3.2 whose supply voltage is independent of external voltage and via a rectifier circuit and a first voltage divider is led to its supply voltage connections, 3.3 dessen invertierender Eingang direkt mit einem Ausgangsanschluß des magnetisch steuerbaren Bauelements verbunden ist und3.3 whose inverting input connects directly to an output connection of the magnetic controllable component is connected and 3.4 dessen nicht invertierender Eingang an den Abgriff eines, einen zweiten Spannungsteiler bildenden, einstellbaren Widerstandes geschaltet ist,3.4 its non-inverting input to the tap of a, a second voltage divider forming, adjustable resistor is connected,
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